课题一流体力学

1、课题一课题一 流体力学流体力学一、流体及其物理性质一、流体及其物理性质二、流体静力学二、流体静力学三、流体动力学三、流体动力学四、流体阻力及其损失四、流体阻力及其损失 一、流体及其物理性质：一、流体及其物理性质：一）流体及其特性：一）流体及其特性：1、流体：、流体： 在任意微小切向力作用下都能发生连续变形的物在任意微小切向力作用下都能发生连续变形的物质。（包括液体和气体）质。（包括液体和气体）2、流体特性：、流体特性： 易流动性。易流动性。3、连续介质：不考虑分子之间的间隙，认为流体是、连续介质：不考虑分子之间的间隙，认为流体是由无数连续分布的流体质点所组成。由无数连续分布的流体质点所组成。二

2、）流体基本物理性质：二）流体基本物理性质：1、惯性：、惯性：密度密度:单位体积流体所具有的质量。用单位体积流体所具有的质量。用“”表示。表示。 =m/V 单位：单位：kg/m3流体种类不同其密度不同。流体种类不同其密度不同。一般：一般： 液体：密度为常数。液体：密度为常数。 气体：密度不为常数。气体：密度不为常数。2、压缩性和膨胀性：、压缩性和膨胀性：压缩性：当流体温度一定时，流体的体积随压力的压缩性：当流体温度一定时，流体的体积随压力的 升高而缩小的性质。升高而缩小的性质。膨胀性：当流体压力一定时，流体的体积随温度的膨胀性：当流体压力一定时，流体的体积随温度的 升高而增大的性质。升高而增大的

3、性质。一般：一般： 液体：不可压缩流体。密度为常数。液体：不可压缩流体。密度为常数。 气体：可压缩流体。密度不为常数。气体：可压缩流体。密度不为常数。3、粘性：、粘性：1）定义：流体流动时，流）定义：流体流动时，流体流层间产生内摩擦力的体流层间产生内摩擦力的 特性。特性。2）对流体流动的影响：起阻碍作用，是流体流动产对流体流动的影响：起阻碍作用，是流体流动产生能量损失的根本原因。生能量损失的根本原因。3)粘性力：粘性力：F=Adu/dy -动力粘滞系数；动力粘滞系数； A-接触面积；接触面积； du/dy-接触面积法线方向上的速度梯度。接触面积法线方向上的速度梯度。=/-运动动力粘滞系数；运动

4、动力粘滞系数； 温度升高，液体温度升高，液体降低，气体降低，气体升高；升高；温度降低，液体温度降低，液体升高，气体升高，气体降低。降低。4）理想流体和实际流体：）理想流体和实际流体：理想流体：不具有粘性的流体。理想流体：不具有粘性的流体。实际流体：具有粘性的流体。实际流体：具有粘性的流体。二、流体静力学二、流体静力学一）静压力及其特性：一）静压力及其特性：1、静压力：、静压力：1）总压力）总压力P：作用在液体内某一面积上的力，单位：作用在液体内某一面积上的力，单位“N”2）平均静压力）平均静压力p：作用在液体内单位面积上的总压力：作用在液体内单位面积上的总压力 p=P/A 单位：单位：“Pa”

5、3)静压力静压力p：作用在液体内某一点上的作用力。：作用在液体内某一点上的作用力。 单位：单位：“Pa” 2、静压力的特性：、静压力的特性：1)静压力的大静压力的大小在各个方向小在各个方向均等；均等；2）静压力的方）静压力的方向总是垂直指向总是垂直指向作用面。向作用面。二）静压力表示方法：二）静压力表示方法：1、绝对压力、绝对压力pj：以完全真空为零算起的压力值。：以完全真空为零算起的压力值。总为正。总为正。2、相对压力、相对压力px：以当地大气压为零算起的压力值。：以当地大气压为零算起的压力值。 P x=p j -pamb可正：正压可正：正压可负：负压或称此处可负：负压或称此处处于真空状态。

6、处于真空状态。3、真空值、真空值pv: p v=-(-p x)三）流体静力学基本方程式：三）流体静力学基本方程式：1、p=p0+ gh 静止液体中任意点的压静止液体中任意点的压力由液面压力和液柱力由液面压力和液柱 压力组压力组成。成。 1）包括）包括p0和和gh两部分两部分2） p随随h呈线性变化呈线性变化3）等压面：）等压面：由静压力相等的点组成的面。由静压力相等的点组成的面。特性：特性：等压面与质量力相垂直。等压面与质量力相垂直。等压面不能相交。等压面不能相交。两种互不混合的液体分界面必为等压面。两种互不混合的液体分界面必为等压面。2、Z+p/g=C 在重力作在重力作用下的静止液用下的静止

7、液体中各点相对体中各点相对于同一基准面于同一基准面比势能恒等。比势能恒等。水头：将单位水头：将单位重量流体所具重量流体所具有的能量，用有的能量，用液柱高度表示液柱高度表示时，称为能头时，称为能头或水头。或水头。Z-比位能比位能(位置水头位置水头)； p/g-比压能（压力水头）比压能（压力水头）.四）流体静力学基本方程式应用：四）流体静力学基本方程式应用：1、测压管：、测压管：1）pAj=pamb+ghp pAx=0+ghp = gh p2) pAj=pamb-ghv pAx=0-ghv = -ghv 2、U形水银测压计：形水银测压计：3、差压计：、差压计：p1+gh1=p2+gh2+mgh3P

8、1-p2=gh2-gh1+mgh3三、流体动力学：三、流体动力学：一）基本概念：一）基本概念：1、运动要素：流速、运动要素：流速u和压力和压力p.2、流线：某一瞬间无数连续流体质点组成的流动方、流线：某一瞬间无数连续流体质点组成的流动方 向线。向线。3、几个物理量：、几个物理量：1）过流断面：与所有流线都垂直的横断面。）过流断面：与所有流线都垂直的横断面。2）流量：体积流量）流量：体积流量qV, 质量流量质量流量qm qm = qV3）断面平均流速：假想流速）断面平均流速：假想流速c c=qv/A qv=cA4、流体流动的分类：、流体流动的分类：1）稳定流和非稳定流）稳定流和非稳定流2） 均匀

9、流和非均匀流均匀流和非均匀流3） 急变流和缓变流急变流和缓变流4） 压力流和非压力流压力流和非压力流二）稳定流连续性方程：二）稳定流连续性方程： 气体：气体：1c1A1=2c2A2 液体：液体：c1A1=c2A2=qV 说明：说明：流过各个过流过各个过流断面的体积流量流断面的体积流量相等相等或：或：c1/A2=c2/A1 说明：说明：流速和过流流速和过流断面的面积成反比断面的面积成反比三）稳定流能量方程：三）稳定流能量方程： 1、流体流动时的机械能及其转换：、流体流动时的机械能及其转换： 2、稳定流能量方程：、稳定流能量方程： e1=e2+hw1-2Z1+p1/g+c12/2g=Z2+p2/g

10、+c22/2g+hw1-2流体总是从能头高处向能头低处流动，二者能头之差流体总是从能头高处向能头低处流动，二者能头之差为流动阻力损失，（流动时的位能头、压能头、速度为流动阻力损失，（流动时的位能头、压能头、速度能头可相互转换）机械能守恒。能头可相互转换）机械能守恒。四、流动阻力及其损失：四、流动阻力及其损失：一）基本概念：一）基本概念：1、流动阻力及其损失、流动阻力及其损失1）液体：水头损失）液体：水头损失hw 2）气体：压力损失）气体：压力损失pw 2、流动阻力及其损失的分类：、流动阻力及其损失的分类：沿程阻力及沿程阻力损失沿程阻力及沿程阻力损失hy (py)：局部阻力及局部阻力损失局部阻力

11、及局部阻力损失hj (pj)：2) 总阻力损失：总阻力损失： 液体：液体： hw=hy +hj 气体：气体： Pw=py +pj二二 ）流态：）流态：1、流态：、流态：层流：流体质点互不掺混的定向分层流动。层流：流体质点互不掺混的定向分层流动。紊流：流体质点相互掺混的不定向紊乱流动。紊流：流体质点相互掺混的不定向紊乱流动。2、判别流态的方法、判别流态的方法:临界雷诺数：临界雷诺数： Re=clj d/=2320雷诺数：雷诺数： Re=cd/当当Re2320时，层流。时，层流。当当Re2320时，紊流。时，紊流。3、层流、紊流特性：、层流、紊流特性：三）沿程阻力损失三）沿程阻力损失hy (py)： hy=(L/d)(c2/2g) 减少沿程阻力损失的措施：减少沿程阻力损失的措施：减小管道长度；增加管道直径；减小流体粘性；合理减小管道长度；增加管道直径；减小